不對稱半橋反激變換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)變換器領(lǐng)域，特別涉及不對稱半橋反激類開關(guān)變換器的控制。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子領(lǐng)域迅猛的發(fā)展使得開關(guān)變換器應(yīng)用的越來越廣泛，特別是人們對高功率密度、高可靠性和小體積的開關(guān)變換器提出了更多的要求。一般傳統(tǒng)的小功率AC/DC變換采用反激拓?fù)鋵崿F(xiàn)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)；
[0003]但是普通反激拓?fù)涫怯查_關(guān)，而且不能回收漏感能量，因此限制了中小功率的效率和體積，為了滿足功率變換器的小型化、輕量化、模塊化的發(fā)展趨勢，軟開關(guān)技術(shù)已成為電力電子技術(shù)的熱點(diǎn)之一。“軟開關(guān)”是指零電壓開關(guān)或零電流開關(guān)，它是利用諧振原理，使開關(guān)變換器的開關(guān)管電壓(或電流)按正弦(或準(zhǔn)正弦)規(guī)律變化，當(dāng)電壓過零時，使器件開通(或電流自然過零時，使器件關(guān)斷)，實現(xiàn)開關(guān)損耗為零，從而提高開關(guān)頻率，減小變壓器、電感的體積。雖然，軟開關(guān)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)功率變換器的小型化、模塊化等，但是，很多電路例如LLC，電路變得非常復(fù)雜，使得中小功率的變換器的成本增加，往往不利于商業(yè)競爭，而不對稱半橋電路在和普通反激電路的器件數(shù)量和復(fù)雜度比較接近的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)兩個管子的零電壓開通，回收漏感能量并且容易實現(xiàn)自驅(qū)動同步整流，有效地在提升效率的同時減小變壓器體積，成為一個比較好的應(yīng)用方案。
[0004]目前常規(guī)的不對稱半橋電路電路圖如圖1-1和1-2所示，其中圖1-1中上管QH為主開關(guān)管，下管QL為鉗位開關(guān)管，圖1-2中上管QH為鉗位開關(guān)管，下管QL為主開關(guān)管，兩種電路效果一樣，只是繞組位置不同而已。
[0005]現(xiàn)以圖1-1為例，其穩(wěn)態(tài)的工作波形如圖2所示，VGSH和VGSL分別為上管和下管的驅(qū)動信號波形；Ic是隔直電容上面的電流波形，同時也是原邊繞組上面的電流波形，Ilm為激磁電感上面的勵磁電流波形，除了虛線部分以外，勵磁電流波形和隔直電容電流波形是一致重合的；VdsH和VdsL分別為上管和下管的漏極到源極的電壓信號波形。設(shè)主管的驅(qū)動信號VGSH的占空比為D，則鉗位管的占空比為(1-D)，為避免主管和鉗位管共通需要留有一定的死區(qū)時間，工作周期為T。為方便對電路中變壓器原邊繞組的工作過程進(jìn)行分析，現(xiàn)將變壓器的原邊繞組，等效為漏感LK及激磁電感兩部分來進(jìn)行說明。在TO時刻，上管驅(qū)動VGSH為高電平，上管開通，TO-Tl時間段內(nèi)輸入端的能量通過QH、隔直電容Cb、漏感Lk和激磁電感這一回路給變壓器激磁，激磁電流首先從負(fù)向線性減小到零以后線性增加，此時原邊電容上的電流和勵磁電流重合，隔直電容、漏感、變壓器存儲能量，副邊整流二極管D負(fù)向截止，到Tl時刻，上管關(guān)斷；T1-T2時間內(nèi)，上管處于關(guān)斷狀態(tài)，下管也還未開啟，此時間段為死區(qū)時間，在這段死區(qū)時間內(nèi)因為漏感和變壓器激磁電感要續(xù)流，所以上下管的結(jié)電容、隔直電容、漏感、激磁電感發(fā)生諧振，抽取QL結(jié)電容的能量，VdsL電壓下降，同時給QH的結(jié)電容充電，VdsH電壓上升，勵磁電流因為然組兩端的電壓降低所以雖然在增加但是幅度非常小，Τ2時刻QH的結(jié)電容電壓達(dá)到最高，QL的結(jié)電容電壓被抽到零電壓，此時下管開通，則這樣就實現(xiàn)了下管的零電壓開通，英文簡寫為ZVS ;Τ2-Τ3時間內(nèi)，整流二極管D正向?qū)ǎ儔浩髟叴鎯Φ哪芰肯蚋边呩尫?，勵磁電流線性下降到零然后負(fù)向線性增加，同時，漏感Lk、隔直電容Cb發(fā)生諧振，原邊電流按正弦波的軌跡諧振，此時隔直電容上面存儲的能量通過正激的過程也向副邊釋放，原邊電流進(jìn)入負(fù)向；T3時刻下管關(guān)斷，因為漏感電流和勵磁電流續(xù)流，所以上下管的結(jié)電容、隔直電容、漏感、激磁電感發(fā)生諧振，抽取QH結(jié)電容的能量，VdsH電壓下降，同時給QL的結(jié)電容充電，VdsL電壓上升，勵磁電流因為繞組兩端的電壓降低，所以雖然在負(fù)向增加，但是幅度非常小，Τ4時刻QL的結(jié)電容電壓達(dá)到最高，QH的結(jié)電容電壓被抽到零電壓，此時上管開通，則這樣就實現(xiàn)了上管的零電壓開通，這樣就完成一個周期，接著繼續(xù)按照同樣的工作工程重復(fù)工作。
[0006]但是這種控制方式因為是互補(bǔ)的，所以勵磁電流是一個連續(xù)的波形，占空比不隨著負(fù)載大小的變化而變化，因此在空載和輕載的時候峰值電流會很大，諧振回路中的循環(huán)能量大，使損耗增加，大大降低輕載效率，同時這種控制方式不能變頻，會有飽和的風(fēng)險，所以可以把這種互補(bǔ)的控制方式改為非互補(bǔ)控制方式，但是這種非互補(bǔ)的控制方式又會降低滿載時的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種能夠兼顧輕載和重載的效率，在輕載下能夠降低占空比，減小原邊峰值電流，減少循環(huán)能量，還可以實現(xiàn)變頻控制，有效降低空載功耗和輕載損耗；在重載下能夠?qū)崿F(xiàn)互補(bǔ)，最大限度的通過隔直電容傳遞一部分能量，減少變壓器存儲的能量，并使兩個開關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通，提高變換器的效率的不對稱半橋反激變換器的控制方法。
[0008]與此相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種能夠兼顧輕載和重載的效率的不對稱半橋反激變換器。
[0009]就方法主題而言，本發(fā)明提供一種不對稱半橋反激變換器的控制方法，包括如下步驟，
[0010]判斷不對稱半橋反激變換器的負(fù)載信號是否高于設(shè)定的負(fù)載點(diǎn)，
[0011]若是，則控制不對稱半橋反激變換器進(jìn)入互補(bǔ)工作模式，所述互補(bǔ)工作模式是由兩個互補(bǔ)的第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號控制主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管的工作模式，即第一驅(qū)動信號驅(qū)動主開關(guān)管的占空比為值D，則第二驅(qū)動信號驅(qū)動鉗位開關(guān)管的占空比為值(1-D)；
[0012]若不是，則控制不對稱半橋反激變換器進(jìn)入非互補(bǔ)工作模式，所述非互補(bǔ)工作模式是由兩個非互補(bǔ)的第三驅(qū)動信號和第四驅(qū)動信號控制主開關(guān)管和鉗位開關(guān)管的工作模式，即第三驅(qū)動信號以一固定脈寬信號驅(qū)動鉗位開關(guān)管的關(guān)斷，第四驅(qū)動信號以延時一個第三驅(qū)動信號的固定脈寬和一個死區(qū)時間的時長后產(chǎn)生的固定脈寬信號驅(qū)動主開關(guān)管的關(guān)斷，在主開關(guān)管關(guān)斷且鉗位開關(guān)管未開啟之前，變壓器的漏感及激磁電感的能量經(jīng)鉗位開關(guān)管和主開關(guān)管的體二極管或結(jié)電容形成漏感諧振回路和變壓器諧振回路，直至鉗位開關(guān)管再次開啟，諧振結(jié)束，再重新開始新的周期。
[0013]優(yōu)選的，所述漏感諧振回路，在漏感電流續(xù)流期間，漏感能量經(jīng)鉗位開關(guān)管的體二極管與隔直電容Cb所形成的回路流至隔直電容Cb ;在漏感電流續(xù)流結(jié)束，原邊電流變?yōu)榱銜r，漏感能量在鉗位開關(guān)管的結(jié)電容與隔直電容Cb所形成的回路中發(fā)生諧振。
[0014]優(yōu)選的，所述變壓器諧振回路，在勵磁電流釋放到零時，即變壓器激磁電感不被鉗位時，變壓器漏感及激磁電感中的能量，分別在電容Cin、主開關(guān)管的結(jié)電容與隔直電容Cb所形成的回路及鉗位開關(guān)管的結(jié)電容與隔直電容Cb所形成的回路中發(fā)生諧振。
[0015]就產(chǎn)品主題而言，本發(fā)明提供一種不對稱半橋反激變換器，包括反激電路和驅(qū)動控制模塊，所述反激電路包括原邊電路和副邊輸出整流濾波電路，所述原邊電路由隔直電容、主開關(guān)管、鉗位開關(guān)管與變壓器的原邊繞組連接而成，所述驅(qū)動控制模塊用于驅(qū)動鉗位開關(guān)管和主開關(guān)管，其特征在于:
[0016]所述驅(qū)動控制模塊包括主控制芯片、反饋電壓模塊、信號選擇電路、隔離驅(qū)動和PWM脈沖分時電路，
[0017]所述主控制芯片，用于產(chǎn)生兩個互補(bǔ)的第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號，并將第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動直接輸出到信號選擇電路，同時第一驅(qū)動信號還輸出到PWM脈沖分時電路；
[0018]所述PWM脈沖分時電路，用于接收第一驅(qū)動信號，并根據(jù)第一驅(qū)動信號產(chǎn)生兩個非互補(bǔ)的第三驅(qū)動信號和第四驅(qū)動信號，并將第三驅(qū)動信號和第四驅(qū)動信號輸出到信號選擇電路，其中，第三驅(qū)動信號是一個固定脈寬的信號，第四驅(qū)動信號是延時一個第三驅(qū)動信號的固定脈寬和一個死區(qū)時間的時長后產(chǎn)生的固定脈寬信號；
[0019]所述反饋電壓模塊，用于采集負(fù)載信號，并將負(fù)載信號反饋到信號選擇電路；
[0020]所述信號選擇電路，用于接收第一驅(qū)動信號、第二驅(qū)動信號、第三驅(qū)動信號、第四驅(qū)動信號及負(fù)載信號，并根據(jù)負(fù)載信號判斷輸出第一控制信號和第二控制信號，
[0021]當(dāng)負(fù)載信號高于設(shè)定的負(fù)載點(diǎn)時，信號選擇電路將第一驅(qū)動信號和第二驅(qū)動信號輸出